أنواع الطاقة المستثمرة في الفيزياء

أنواع الشغل في الفيزياء

الشغل في الفيزياء هو كمية قياسية تُحسب من حاصل ضرب مقدارين متجهين، هما القوة المؤثرة والإزاحة. بناءً على الزاوية الموجودة بين هذين المقدارين، يمكن تصنيف الشغل المبذول إلى ثلاثة أنواع، وهي كما يلي:

الشغل الإيجابي

يعتبر الشغل موجبًا إذا كانت الزاوية بين القوة المؤثرة والإزاحة تتراوح بين 0 و90 درجة، أي حيث 90>(θ)≥0. على سبيل المثال، عندما يرفع شخص صندوقًا من الأرض، فإن الزاوية بين الإزاحة والقوة تساوي صفر، وبالتالي يكون الشغل المبذول موجبًا.

الشغل السلبي

يكون الشغل سالبًا عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة أكبر من 90 درجة، أي عندما (θ)>90. على سبيل المثال، إذا تم سحب جسم على سطح خشن، فإن القوة الناتجة عن الاحتكاك تتجه في الاتجاه المعاكس، مما يجعل الزاوية بين القوة والإزاحة تساوي 180، وبالتالي يكون الشغل المبذول سالبًا.

الشغل الصفري

يكون الشغل مساويًا للصفر عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة عمودية وتساوي 90 درجة، أي (θ)=90. على سبيل المثال، إذا حمل شخص جسمًا على رأسه وسار، فإن الزاوية بين القوى المؤثرة والإزاحة ستساوي 90، مما يجعل الشغل المبذول صفرًا.

قانون الشغل في الفيزياء

يعرف الشغل (بالإنجليزية: Work) بأنه الطاقة المطلوبة لإزاحة جسم ما، والتي تنتج من القوة الخارجية المؤثرة عليه. يتم قياس الشغل بوحدة الجول، ويعبر عنه بأنه حاصل ضرب القوة المؤثرة في الإزاحة المقطوعة، ويمكن تمثيله بالصيغة الرياضية التالية:

الشغل المبذول = القوة المؤثرة × الإزاحة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة)

وبالرموز:

ش = ق × ف × جتاθ

وبالرموز الإنجليزية:

W = f d cosθ

حيث أن:

• ش (W): الشغل المبذول على الجسم ويُقاس بالجول (نيوتن.متر).
• ق (f): القوة المؤثرة على الجسم ويُقاس بالنيوتن.
• ف (d): الإزاحة التي يقطعها الجسم ويُقاس بالمتر.
• θ: الزاوية بين اتجاه القوة والإزاحة.

أمثلة على حسابات الشغل في الفيزياء

سنقوم بعرض أمثلة لحساب أنواع الشغل في الفيزياء:

حساب الشغل المبذول الإيجابي

احسب الشغل المبذول على جسم سُحب أفقيًا لمسافة 9 متر باستخدام قوة مقدارها 110 نيوتن.

الحل:

1. تسجيل المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 110 نيوتن.
   2. الإزاحة = 9 متر.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = صفر (لأنهما في نفس الاتجاه).
2. تطبيق قانون الشغل:
   1. ش = ق × ف × جتاθ
   2. ش = 110 × 9 × جتا0
   3. الشغل المبذول = 990 جول.

حساب الشغل المبذول السلبي

احسب الشغل المبذول على جسم ينزلق لأسفل ويجب رفعه لأعلى لمسافة 10 متر باستخدام قوة مقدارها 50 نيوتن.

الحل:

1. تسجيل المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 50 نيوتن.
   2. الإزاحة = 10 متر.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 180 (لأنهما في عكس الاتجاه).
2. تطبيق قانون الشغل:
   1. ش = ق × ف × جتاθ
   2. ش = 50 × 10 × جتا180
   3. الشغل المبذول = 500- جول.

حساب الشغل المبذول الصفري

احسب الشغل المبذول على صندوق وزنه 70 نيوتن يسير به رجل لمسافة 14 متر.

الحل:

1. تسجيل المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 70 نيوتن.
   2. الإزاحة = 14 متر.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 90 (لأن اتجاه القوة عمودي على الإزاحة).
2. تطبيق قانون الشغل:
   1. ش = ق × ف × جتاθ
   2. ش = 70 × 14 × جتا90
   3. الشغل المبذول = 0 جول.